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近年來，二維(2D)層狀晶體及其異質結構由于其電學、光學和機械性能而受到了廣泛關注。盡管在材料生長技術方面取得了廣泛進展，但與機械剝離的對應物相比，通過化學氣相沉積等方法生長的二維晶體質量仍然不盡如人意。例如，機械剝離的石墨烯表現出顯著高于化學氣相沉積生長的石墨烯的載流子遷移率，后者通常受到生長過程中引入的晶界和缺陷限制。同樣地，在過渡金屬二硫屬化物（如MoS2）的情況下，機械剝離的薄片顯示出更優越的光學性質，包括更強的光致發光強度和更長的激子壽命，這歸因于缺乏生長誘導的缺陷和雜質。

然而基于剝離二維晶體的器件性能在剝離和轉移過程中由于污染而下降。2D晶體及其異質結構的組裝通常通過聚合物支持的轉移技術實現，這些技術涉及從初始基板上拾取并釋放材料到目標基板上。聚合物支持物與二維晶體之間的直接接觸導致了層間污染，在完成的異質結構的界面或表面上留下殘留物。這種污染會嚴重影響光電器件的性能。為了解決這些問題，已經提出了使用金屬涂層氮化硅膜的無機轉移方法，雖然這種方法能夠制造高質量的范德華(vdW)異質結構，但其復雜性極大地限制了進一步的發展。此外，金輔助機械剝離也避免了聚合物與2D晶體的直接接觸，但在隨后步驟中去除金膜時仍會帶來意外的污染，從而降低用于電氣和光學測量的樣品性能。因此，需要一種新的轉移技術來解決這些問題，實現無污染的2D晶體設備組裝。

針對上述問題，電子科技大學相關研究團隊利用了澤攸科技的DMD無掩膜光刻機進行了深入研究，他們提出了一種新穎的范德華(vdW)轉移技術，利用帶有vdW輔助層的聚氯乙烯覆蓋的聚二甲基硅氧烷微穹頂聚合物(MDP)，實現了2D晶體電子和光電器件的無污染組裝。相關成果以《Contamination-free assembly of two-dimensional van der Waals heterostructures toward high-performance electronics and optoelectronics》為題發表在《Applied Materials Today》期刊上，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apmt.2025.102657

這篇論文介紹了一種創新的范德華(vdW)轉移技術，旨在解決傳統2D晶體材料轉移過程中常見的污染問題。該研究團隊開發了一種利用帶有vdW輔助層的聚氯乙烯覆蓋的聚二甲基硅氧烷微穹頂聚合物(MDP)的方法，這種技術避免了聚合物直接接觸目標材料，從而防止了表面污染，保證了高質量界面的形成。通過這種方法，研究人員能夠制造出具有MoS2/WSe2異質結構光電探測器和WSe2場效應晶體管(FETs)，展示了其在提升器件性能方面的巨大潛力。

圖 傳統轉移(c-transfer)與范德華轉移(vdW-transfer)過程的比較

研究中，作者詳細描述了新型vdW轉移技術的制作流程及其與傳統方法(c-transfer)的區別。傳統的轉移方法雖然簡單高效，但容易導致聚合物殘留和氣泡的產生，嚴重影響器件性能。相比之下，新方法采用的vdW輔助層不僅有效地防止了聚合物與目標材料之間的直接接觸，還保留了傳統轉移過程中的效率優勢。更重要的是，這一層可以輕松地從目標材料上剝離，確保了轉移后的清潔度和原子級平整度。實驗結果顯示，使用vdW轉移技術制備的樣品表面粗糙度顯著低于傳統方法，證明了新方法在減少污染物方面的確切效果。

圖 MoS2/WSe2異質結構的光學顯微鏡圖像和原子力顯微鏡(AFM)圖像

為了驗證該技術的實際應用價值，研究團隊對比了使用兩種不同轉移方法制備的MoS2/WSe2異質結構光電探測器和WSe2 FETs的電學及光電特性。結果表明，采用vdW轉移技術的光電探測器表現出更線性的光響應、更高的響應度以及更快的響應時間；而基于vdW轉移方法制造的FETs則顯示出接近30倍的空穴遷移率增加、一個數量級的遲滯減少以及四倍的亞閾值擺幅降低。這些改進直接反映了vdW轉移技術在減少界面污染、提高器件整體性能方面的有效性。

圖 傳統光電探測器(c-PD)與范德華光電探測器(vdW-PD)光電性能的比較

最后研究進一步探討了vdW轉移技術對改善器件性能的具體機制。研究表明，由于減少了界面處的缺陷和雜質，采用vdW轉移技術的器件不僅提高了載流子遷移率，還降低了載流子陷阱的影響，這使得器件在高光強下的表現更為穩定。同時，vdW轉移技術也顯著減少了通道/介質界面上的電荷陷阱，這對于提高FETs的開關速度和穩定性至關重要。綜上所述，這項工作不僅為制造高性能2D材料器件提供了一種新的有效途徑，同時也為進一步探索和優化這類材料的應用開辟了新的方向。

澤攸科技桌面級無掩膜光刻機，專為高效、精準的微納加工需求設計。該設備采用高功率、高均勻度的LED光源，并結合先進的DLP技術，實現了黃光或綠光引導曝光功能，真正做到“所見即所得”，極大提升了操作便捷性和工藝可控性。其獨特的光路結構和高精度直線電機位移臺確保了曝光精度和重復定位能力，同時配備CCD相機逐場自動對焦系統，進一步優化了成像質量和工藝穩定性。設備支持電動物鏡切換和激光主動對焦功能，能夠靈活應對不同應用場景的需求。其緊湊的桌面小型化設計不僅節省空間，還便于在實驗室或生產環境中部署。